Tannin cô đặc và độc tố nấm trong cây cao lương nâu theo kiểu gen: vấn đề mới cần giải quyết trong chăn nuôi gia cầm

• Là một đặc điểm cấu trúc quan trọng, GBS có lớp vỏ phát triển cao và có nhiều sắc tố có tổng hàm lượng polyphenol và CT cao so với những GBS cũng có lớp vỏ này nhưng phát triển ít hoặc không phát triển. (Doherty và cộng sự, 1987; Ciccola, 1989).
• Thực tế này cho thấy rằng chính trong lớp vỏ đó là nơi các tế bào sản xuất ra những hợp chất này. Do đó, những giống cây trồng không có vỏ ( cao lương trắng theo kiểu gen – genotypically white sorghums) không chứa CT; giá trị dinh dưỡng của chúng vào khoảng 96-98% so với bắp (Sullivan, 1987).

Độc tính nội tại: Hợp chất Polyphenolic

Về mặt hóa học, các hợp chất polyphenol có thể được phân loại thành ba nhóm:

A-xít phenolic có trong tất cả các giống cây cao lương và phần lớn các hợp chất flavonoid, trong khi tanin, đặc biệt là tanin cô đặc (condensed tannins), chỉ có trong GBS, có lớp vỏ có sắc tố, có thể chống lại sự tấn công của chim và sự phân hủy của enzyme (Hahn và cộng sự, 1984).

Chất Tanin

Tanin là một hợp chất polyme phenolic cấu thành nên một số sản phẩm tự nhiên phổ biến và phân bố rất rộng rãi trong nhiều loại rau, bao gồm cây, trái cây và cỏ.

Sự hiện diện của tannin trong ngũ cốc rất hiếm và trong trường hợp của cao lương, chúng chỉ được tìm thấy trong các giống cao lương màu nâu theo kiểu gen (Mehansho và cộng sự, 1987a).

Tannin Thủy phân

Nghiên cứu của Hahn và cộng sự  (1984) đã phân biệt được hai nhóm lớn:

Nhóm đại diện chính là a-xít tannic, phân thành các thành phần đặc trưng: một loại đường và một loại a-xít phenolic (a-xít gallic hoặc a-xít ellagic) khi được xử lý bằng dung dịch a-xít hoặc kiềm hoặc bằng các enzyme thủy phân như tannase.

Tannin cô đặc (CTs)

Chúng là polyme phenolic có khối lượng phân tử cao (500 đến 3000 dalton), tan trong nước, là kết quả của quá trình ngưng tụ các đơn vị flavan-3-ol hoặc catechin và được gọi là proanthocyanidin (Salunkhe và cộng sự, 1982).

• Các CT có khả năng kết tủa các alkaloid, gelatin và các protein khác, tạo thành phức hợp tannin-protein ổn định ; điều này sẽ dẫn đến sự bất hoạt của protein và sau đó là kết tủa của protein (protein precipitation) (Aw và Swanson, 1985).
• Loại tannin này đã được khoa học chứng minh có liên quan đến sự suy giảm giá trị dinh dưỡng của GBS và phản ứng trên năng suất ở gia cầm. (Hahn và cộng sự, 1984; Jaramillo, 1992).

Hình 2. Cấu trúc của Proanthocyanidin Polymer (Tannin cô đặc). Nguồn: Trích từ Gupta và Haslam (1979).

Độc tính Ngoại tại: Chất chuyển hóa của Mycobiota

Sự hiện diện của nấm mốc (mold) như chất tạp nhiễm (contaminant) tự nhiên đối với cây trồng, đặc biệt là cao lương, là rất lớn vì ngoài độc tính nội tại của hạt cao lương do sự hiện diện của CT, một thành phần độc hại mới cũng được đưa vào.

• Thành phần độc hại mới này có tính ngoại tại (extrinsic). Điều này được thể hiện bằng sự ô nhiễm tự nhiên bởi các độc tố nấm (mycotoxin) khi những loại nấm mốc đó có khả năng di truyền để tạo ra một hoặc nhiều hợp chất hóa học này.

Một khi được tạo ra trong hạt cao lương, các độc tố nấm có thể được hấp thụ qua thức ăn, gây ra rối loạn chức năng hữu cơ ở gia cầm, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe tổng thể và năng suất của vật nuôi.

Ở vật nuôi, đặc biệt là gia cầm và heo, những ảnh hưởng có thể xảy ra do tiêu thụ GBS có hàm lượng CT cao và bị nhiễm độc tố nấm thì chưa được rõ ràng vì các nỗ lực nghiên cứu về loại cây lương thực này thường tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng kháng dinh dưỡng của chất tannin.

ĐỘC TÍNH CỦA BỘ BA NGUYÊN NHÂN – ẢNH HƯỞNG – PHẢN ỨNG

Bộ ba (tam thức – trinomial) NGUYÊN NHÂN – ẢNH HƯỞNG – PHẢN ỨNG có thể được định nghĩa là tác động của tác nhân gây ra trên các hệ thống sinh học, tạo ra một ảnh hưởng được thể hiện thông qua phản ứng hoặc biểu hiện có thể đo lường và/hoặc nhìn thấy được (Jaramillo, 2005).

Hình 1. Mycobiota trong cây cao lương. Đĩa Petri trong môi trường DRBC và MSA sau tám ngày nuôi cấy. Nguồn: Tiến sĩ Marta Jaramillo (1999 – 2018)

Hiện nay, người ta biết rằng trong GBS:

• Thành phần NGUYÊN NHÂN thể hiện bằng sự hiện diện nội tại của CT và sự hiện diện ngoại tại của các chất chuyển hóa (metabolites) do một tập hợp các loại nấm đặc thù (mycobiota) tạo ra, làm tạp nhiễm bên trong và bên ngoài của hạt trong thực tế và được bổ sung thêm một tập hợp nấm từ bên ngoài trong quá trình bảo quản và vận chuyển.
• Thành phần ẢNH HƯỞNG thể hiện bằng sự tạo ra các ảnh hưởng do thành phần NGUYÊN NHÂN tạo ra trong các cơ quan và mô của các hệ thống sinh học khác nhau.
• Thành phần PHẢN ỨNG có liên quan đến các biểu hiện mà động vật thể hiện do thành phần ẢNH HƯỞNG gây ra; Những điều này có thể được định lượng (Jaramillo, 2005).

TANNINS CÔ ĐẶC (CTs)
Độc tính Chuyển hóa

Sự hấp thụ trực tiếp các CT dường như là không thể. Có lẽ là do các rào cản cơ thể học gặp phải và cụ thể hơn là do kích thước lớn của polyme tanin – vốn không bị phân hủy thành sản phẩm cuối cùng bởi các enzyme đường tiêu hóa.

Tuy nhiên, có một số bằng chứng về độc tính chuyển hóa có liên quan đến tác dụng có thể có của CT và các hợp chất hóa học khác có trong hạt cao lương, chẳng hạn như:

• Các nghiên cứu của Sell và Rogler (1983) cho thấy khả năng gây độc chuyển hóa của CT bằng cách tìm thấy sự gia tăng hoạt động của enzyme UDP-glucuronyltransferase ở những loài chim ăn cao lương có hàm lượng tannin cao so với những loài chim ăn cao lương có hàm lượng tannin thấp.

Loại enzyme này được biết là có liên quan đến quá trình giải độc các hợp chất phenolic. Trên cơ sở này, sự gia tăng hoạt động của enzyme có thể hàm ý về sự hấp thụ CT qua thành ruột.

• Giải thuyết này được củng cố bởi các quan sát bởi nghiên cứu của Martin-Tanguy và cộng sự  (1976) – cho thấy chất tannin giảm tính chuyển hóa của các a-xít amin.

Trong lĩnh vực này, các nghiên cứu của Jaramillo (1992) cho thấy những thay đổi về mặt mô tế bào học và mô hóa học (histochemical) của đường tiêu hóa ở gà thịt khi chúng được cho ăn khẩu phần có hàm lượng tannin cao từ cây cao lương.

• Những phát hiện này chỉ ra sự hiện hữu của một tác nhân gây hại có thể liên quan đến hoạt động của các hợp chất này hoặc của các oligome flavonoid.

CÁC CHẤT CHUYỂN HÓA CỦA MYCOBIOTA

Nghiên cứu của Jaramillo và Wyatt (2000ab, 2001ab, 2002ab, 2003ab, 2004ab) có tính tiên phong trong nghiên cứu về bộ ba độc tính ở cao lương, nhấn mạnh rằng các yếu tố của bộ ba này sẽ được thể hiện bằng:

• Hàm lượng Tannin Cô Đặc (Condensed Tannin Content – CTC).
• Tạp Nhiễm Mycobiota (Mycobiota Contamination – MC).
• Khả năng sinh Độc của Mycobiota (Toxigenic Potential of the Mycobiota – TPM).

Bộ ba này đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu lý thú.

• Trong các nghiên cứu khác nhau của Jaramillo và Wyatt, họ thảo luận về những phát hiện quan trọng mà hiện nay đã giúp chúng ta hiểu được độc tính của GBS dựa trên khái niệm mới về hệ thống tích hợp của Tannin cô đặc – Chất chuyển hóa Mycobiota, trong đó động lực phát triển của nó được làm rõ.
• Hệ thống độc tố này xảy ra tự nhiên trong điều kiện thực tế do bản thân hạt chứa tanin và sự tạp nhiễm hạt ngoại tại và nội tại bởi mycobiota.

KẾT LUẬN

Trong nghiên cứu về độc tính của GBS, có một khái niệm tiếp cận mới liên quan đến bộ ba: CTC – MC – TPM giúp đánh giá toàn diện chuẩn xác và mang tính đại diện hơn về độc tính của từng loại ngũ cốc, về các sự ô nhiễm xảy ra ở cả mức độ đồng ruộng và lưu trữ cũng như tác động lên gia cầm và heo khi chúng tạo ra phản ứng bất lợi trên chức năng của các cơ quan và hệ thống khác nhau; trong đó động vật non là bị ảnh hưởng nhiều nhất.

Thấu hiểu được độc tính sẽ giúp chúng ta sử dụng thức ăn và dinh dưỡng cho vật nuôi hiệu quả và hợp lý hơn.